Biologie Nectar VWO 6
17 DNA
DNA is verdeeld over 46 chromosomen en bestaat uit twee strengen, bestaande uit nucleotiden, die
samen een dubbele helix vormen (Binas 71C). Nucleotiden bestaan uit een fosfaatgroep, een
suikermolecuul (deoxyribose, Binas 67F1) en een stikstofbase. Het eerste C-atoom van de
suikergroep vormt de binding met de stikstofbase en de vijfde met de fosfaatgroep. Er zijn 4
verschillende soorten stikstofbasen (Binas 71A): adenine (A), cytosine (C), guanine (G) en thymine (T).
Via H-bruggen zijn A en T (2 H-bruggen) altijd aan elkaar verbonden en C en G (3 H-bruggen). Door
deze vaste combinatie van basenparen zijn beide strengen complementair: de volgorde van de ene
streng bepaalt die in de andere. 5’-einde: met de vrije fosfaatgroep, 3’-uiteinde: met de vrije OH-
groep.
Histonen zijn speciale eiwitten die de DNA-moleculen beschermen en verstevigen bij eukaryoten
(Binas 70A). Het geheel van histonen en DNA wordt een nucleosoom genoemd. Histonen van
verschillende nucleosomen kunnen zich aan elkaar koppelen waardoor een dikke chromatinedraad
ontstaat die spiraliseert tot chromatine.
MtDNA is cirkelvormig DNA in mitochondriën. Van de 37 genen coderen 13 voor eiwitten betrokken
bij de aerobe dissimilatie, de rest codeert voor rRNA en tRNA. Een mitochondrium bevat 5-10
moleculen mtDNA, dit wordt overigens overgeërfd van moeder op kind via de mitochondriën in de
eicel.
Het genoom, het totale DNA, bestaat uit genen, een stuk DNA met informatie voor de productie van
een of meerder eiwitten. In verschillende cellen komen ook verschillende genen tot expressie. Ieder
gen heeft zijn eigen sequentie (volgorde) van stikstofbasen. Het grootste gedeelte van het DNA is
niet-coderend voor eiwitten, ze produceren bijvoorbeeld rRNA of tRNA of schakelen genen aan en
uit van het coderende DNA, dit is de DNA streng tegenover de matrijsstreng en heeft dezelfde code
als het mRNA (met U i.p.v. T in de coderende streng). Repetitief DNA zijn herhalingen van series
nucleotiden die aaneengesloten of verspreid in het chromosoom voorkomen. STR’s (short tandem
repeats) van 2 tot 10 nucleotiden spelen een rol bij verwantschapsonderzoek en forensisch
onderzoek. Het aantal aaneengekoppelde STR’s verschilt namelijk per persoon. STR’s van 13 loci
(plaatsen in het DNA) levert een DNA-profiel op. D7S280 8/10 geeft aan dat er in het DNA op het STR
D7S280-locus twee allelen zijn, een met 8 en een met 10 repeats van GATA.
DNA-replicatie (Binas 71D) verloopt in een aantal stappen. Een enzymencomplex met o.a. twee
helicasen, verbreekt op een van de vele replicatiestartpunten in het DNA de H-bruggen tussen beide
strengen en vormt zo naar beide kanten toe een replicatievork. Op het startpunt wordt een primer
bevestigd aan ongeveer 20 ribonucleotiden (U i.p.v. T). Vanaf de primer vormt het enzym DNA-
polymerase een nieuwe complementaire streng (van 3’ naar 5’ en vormt dus zelf van 5’ naar 3’).
Beide strengen worden tegelijk ‘aangevuld’. Er ontstaan 2 soorten strengen:
- De leading streng: deze kan doorlopend kopiëren
- De lagging streng: deze moet achterwaarts kopiëren waardoor losse stukjes: okazaki-
fragmenten ontstaan. Door het enzym ligase worden al deze losse stukjes aan elkaar geplakt.
Een ander type DNA-polymerase vervangt alle RNA-nucleotiden uit een primer door DNA-
nucleotiden.
Dit proces is semi-conservatief; elk nieuw molecuul bestaat uit een oorspronkelijke en een
nieuwe streng.
,PCR-methode: methode om in een apparaat in stappen minimale hoeveelheden DNA kunstmatig
snel te kunnen vermenigvuldigen (Binas 71M2). Samen met het DNA worden 2 verschillende primers,
een speciaal type DNA-polymerase en de benodigde nucleotiden in een machine gebracht. De DNA-
primers van ongeveer 20 deoxyribosenucleotiden, zijn zo ontworpen dat ze complementair zijn aan
beide 3’-uiteinden van het doel-DNA: het deel van het DNA wat een onderzoeker wil vermeerderen.
Gelelektroforese: een techniek waarmee onderzoekers m.b.v. een ladingsverschil DNA-fragmenten
scheiden op basis van hun grootte. Hoe kleiner het stukje DNA hoe verder het komt.
Capillairelektroforese: hetzelfde principe als bij de gelelektroforese alleen wordt nu met een
detector gewerkt.
mRNA: nucleïnezuur dat de informatie over de samenstelling van een eiwit van DNA in de celkern
overbrengt naar de ribosomen in het grondplasma. Verschil DNA en RNA:
- DNA is dubbelstrengs, RNA enkelstrengs
- DNA heeft de stikstofbasen ATCG, RNA heeft AUCG (Binas 71A)
- DNA heeft het suiker deoxyribose, RNA-ribose (Binas 67F1)
Transcriptie: het overschrijven van een gen naar mRNA. Eerst wordt het benodigde stukje DNA
despiraliseerd (start). Vervolgens bindt RNA-polymerase zich aan de template-streng, 25 baseparen
vóór het gen bij de promotor (= stukje DNA dat het activeren van het gen regelt en het startpunt is
voor de transcriptie). De promotor begint met de TATA-box (3’-TATAAA-5’) wat zich in het DNA
bevindt, enkele tientallen nucleotiden later is het startpunt van de transcriptie, deze vindt plaats aan
de matrijsstreng/template. De afleesrichting is van 3’-> 5’, RNA (coderende streng) groeit hierbij aan
van 5’->3’. De terminator geeft het eindsignaal van de transcriptie aan d.m.v. de sequentie 3’-
TTATTT-5’. Aan het begin en einde bevindt zich een niet coderend deel (UTR), het coderende deel
van het mRNA begint met het startcodon AUG, het stopcodon geeft het eind van het coderende deel
aan.
Pre-mRNA wordt mRNA d.m.v. RNA splicing. Gemiddeld worden 8000 nucleotiden afgelezen
waarvan 1200 nuttig zijn (want een eiwit is gemiddeld 400 aminozuren lang). Aan het 3’-einde krijgt
het pre-mRNA een poly-A-staart met een groot aantal A’s achter elkaar, deze slijt tijdens het gebruik
van het mRNA en uiteindelijk zal het afsterven. Aan het 5’-einde wordt een CH 3-groep gebonden: de
5’-cap, dit maakt het mRNA stabieler. Deze aanpassingen kunnen herkenning geven voor de
ribosomen of evt. bescherming tegen enzymen. Introns (niet-coderende segmenten) worden uit het
mRNA geknipt= splicing. Exons (coderende segmenten) blijven over en worden naar de ribosomen
vervoerd. (Binas 71H)
Translatie: het aflezen en vertalen van een mRNA-molecuul naar een aminozuurvolgorde (Binas 71J),
vindt plaats aan de ribosomen in het grondplasma. Het kleine deel van de ribosomen bindt aan het
mRNA en het grote deel leest dit af en koppelt de bijbehorende aminozuren aan elkaar. Genetische
code-> Binas 71G. Een codon bestaat uit 3 letters en vormen een aminozuur. Van 5’ naar 3’ wordt
mRNA afgelezen. Het anticodon tRNA bindt zich aan het mRNA en het meegebrachte aminozuur
wordt gekoppeld. (Binas 71J en K2). Het aminozuur methionine van het startcodon koppelt vaak later
weer af. Het ‘lege’ tRNA laat los van het ribosoom. Zodra een stopcodon bereikt is, bindt een
ontkoppelingseiwit aan het mRNA. Aan één mRNA kunnen meerdere ribosomen binden die ieder een
polypeptideketen maken. De derde stikstofbase (aan de 3’-kant) in een triplet van het mRNA werkt in
veel gevallen als wiebelbase (Binas 71G en K2), hier bindt hetzelfde tRNA aan.
Sequencen: het bepalen van de nucleotidenvolgorde van een DNA-fragment (nodig om de juiste
primers te bepalen die nodig zijn bij een PRC-reactie). DNA wordt door verhit en door kleine gaatjes
geperst zodat enkelstrengs DNA bestaan. D.m.v. aangepaste PCR wordt het DNA vermeerderd
, waardoor de volgorde van nucleotiden kan worden bepaald. Dit aangepast PCR bevat naast de
gewone dNTP’s (A, C, G, T) ook ddNTP’s (nucleotiden die aan het 3’ C-atoom een H-groep hebben
i.p.v. een OH-groep. Na deze groep kan geen nieuwe nucleotiden toegevoegd worden. Een groot
aantal fragmenten met verschillende lengtes ontstaat. Ieder ddNTP draagt een label met een
bepaalde kleur zodat kan worden bepaald om welk ddNTP het gaat. Dit kan met gelelektroforese en
capillairelektroforese.
Soorten mutaties:
- Puntmutatie: een verandering van één nucleotide. 3 varianten:
Substitutie: één basenpaar is vervangen door een ander.
Deletie: één of meer nucleotiden ontbreken.
Insertie: één of meer nucleotiden zijn toegevoegd.
- Chromosoommutatie: de bouw van een chromosoom verandert. 4 varianten:
Deletie: delen van een chromosoom verdwijnen.
Inversie: omkering
Duplicatie: verdubbeling
Translocatie: een deel van het ene chromosoom zit vast aan een ander chromosoom.
- Genoommutaties: cellen met een afwijkend aantal chromosomen ontstaan. Soms ontstaat
er een verandering in het ploïdieniveau. De oorzaak is een afwijkende meiose waarbij er
diploïde gameten ontstaan.
Mutageen: mutaties bevorderen, bijvoorbeeld uv- of radioactieve straling.
Veel mutaties in het DNA hebben geen gevolgen, omdat ze zich in het niet-coderende deel bevinden.
In het coderende deel hoeft een mutatie ook geen gevolgen te hebben, bijvoorbeeld omdat het
optreedt in een intron of het gaat om een wiebelbase. Leesraamverschuiving: (frameshift) Door een
deletie of een insertie verschuiven de tripletcode in het DNA en het bijbehorende mRNA, waardoor
de vertaling van de codons niet meer op de juiste manier verloopt. Tumorsuppresorgen: Gen dat
codeert voor een eiwit dat de celdeling remt of apoptose stimuleert. Dit kan leiden tot
ongecontroleerde celdeling. Proto-oncogenen: coderen voor eiwitten die de celdeling stimuleren.
Kan door een mutatie veranderen in een oncogen, wat leidt tot tumorvorming.
Restrictie-enzymen (knip-enzym): enzym, afkomstig van bacteriën, dat beide DNA-strengen op een
specifieke manier en plaats knipt. Wordt gebruikt bij genetische modificatie en gentherapie. De
stukjes enkelstrengs DNA aan het uiteinde van het fragment dienen als ‘plakstrip’ om het gen in het
genetisch materiaal van een virus te kunnen plakken met het enzym ligase. Transgen: Een gen dat
niet soorteigen is, is ingebouwd in het DNA.
ACGT: universele code. Ongeacht de soort, DNA kan je bij elkaar brengen.
Elke cel dient de genen te activeren die nodig zijn en uit te schakelen degene die niet nodig zijn:
silencing. Genexpressie: het tot uiting komen van een gen (RNA kan het aflezen). Dit hangt allereerst
af van de chromatinestructuur, transcriptie is niet mogelijk als het DNA strak om de nucleosomen is
gewikkeld. Door zijgroepen aan de histonen te koppelen verandert een cel de onderlinge binding van
de nucleosomen (bijvoorbeeld methyl-> strakker, of acetyl-> losser). Hoe strakker opgerold, hoe
hoger de dichtheid, hoe beter je het kan zien onder de microscoop. Epigenetische factoren: factoren
die veranderingen in de structuur van de chromatine (niet DNA-code) tot stand brengen. Ze bepalen
welke genen tot uiting komen. Verder kan via epigenetische invloed de structuur van een DNA-
molecuul veranderen, dit gebeurt weer met zijgroepen die zich deze keer aan de DNA-streng binden.
Alle celtypen hebben hetzelfde genoom, maar een ander epigenoom: een andere set genen komt tot
